Hand sanitizers are becoming ubiquitous in developed countries, commonly found in public places like shopping malls and waiting rooms. These cleaners contain a mixture of alcohol, water, and a thickening agent to help the solution spread completely on your hands. Some solutions may contain moisturizers, perfumes, or other non-medical additives. Alcohol-based hand rubs are known to kill a significant portion of germs carried on hands, and are also used in medical institutions to sterilize equipment and hands of surgeons.
This paper proposes a method for producing alcohol-containing hand sanitizers made from local natural resources by fermenting sugars and starches available from corn or potatoes, and combining the result with a thickening agent to increase diffusion of the solution over the surface. area to be cleaned before the alcohol evaporates. A comprehensive review of handwashing techniques and best practices can be found here, as mandated by the Ontario Ministry for Health and Long-Term Care.
The target audience for this method are people in developing countries who would benefit from cleaner medical institutions and a reduction in illnesses and diseases transmitted by contaminated tools. The production method described below has not yet been tested, however it has been verified theoretically to effectively produce ethanol from glucose contained in food. The scale of production may be such that one person or group can meet the needs of their village, or they may be able to sell the product at a market to people in neighboring villages.
Food production will be controversial in regions where food sources are limited, however reducing the spread of infection can improve overall health in the village to the point where the benefits outweigh the cost. This is a very difficult question to answer at the global level, and it needs to be addressed at the regional level. The best practice may be for a single producer to sell the product on the market, although this type of monopoly can lead to charging exorbitant fees for the compound.
Contents
Introduction
A natural hand sanitizer should be made from materials for production and use in developing countries, with the primary function of reducing the risk of infection during medical procedures such as surgery. In their simplest form, ethanol-based hand sanitizers have two components, each with a specific task and each from natural sources or compounds:
- Alcohol: Usually ethanol or isopropanol is used in the solution to kill the bacteria known to be the main transmitter of the disease and the cause of the infection. The quality and effectiveness of hand sanitizer depends on the volume fraction of alcohol contained in the solution, with a study by the Center for Disease Control (CDC) reporting that 60% alcohol content is most effective for eliminate bacteria and fungi on the skin than a 40% solution. A study by the Ontario Provincial Infectious Diseases Advisory Council (PIDAC) found that ethanol content in the 70-90% range is most effective at killing bacteria as long as hands are not visibly dirty.
- Thickening Agent: A thickening agent is included to slow the evaporation rate of the alcohol and increase the "wet time" on the skin's surface. The exact thickening agent used depends on the type of alcohol which regulates the solubility of all other components. Examples include gelatin (derived from collagen in the bones and skin of animals) and calcium acetate. The evaporation rate of ethanol is slowed by the addition of the thickening agent, although the exact ratio depends on the ethanol sources and the compounds used to produce the thickening agent, as this 'homemade' recipe can see significant differences in composition between lots.
The above two components will be developed through appropriate processes, and alternative sources or production methods will be provided where possible. Also, if the materials needed to produce the thickening agent are not available, the ethanol can be used independently, possibly with distribution via a spray bottle to increase coverage before evaporation.
It is the responsibility of the user to ensure adequate coverage of the hands during application, despite the inherent efficacy of this type of solution. There are several points on the hand that are frequently overlooked, so extra care must be taken during application.
Technical Specifications
El procedimiento requerido para producir etanol a partir de papas es relativamente sencillo y la mayor parte del tiempo dedicado a los procesos es permitir que ocurra el proceso de fermentación. El proceso de fermentación se entiende claramente y al agregar levadura a una mezcla alta en glucosa y mantenida a temperaturas moderadas (aproximadamente 30 grados C), la fermentación es inevitable. Se sigue una ruta bioquímica estándar, a partir de la cual la levadura digiere glucosa ("reactivos") y libera etanol y dióxido de carbono ("productos") en un proceso conocido como glucólisis.
Nota: El autor original todavía no ha llevado a cabo el siguiente procedimiento, pero se ha considerado cuidadosamente por su precisión técnica.
Aquí se proporciona una descripción detallada del procedimiento y el equipo, junto con esquemas y estimaciones de los requisitos de tiempo.
La producción del agente espesante (acetato de calcio) se puede lograr remojando las cáscaras de huevo en vinagre durante períodos prolongados de tiempo (aproximadamente dos semanas), y luego evaporando el vinagre de la solución. Luego quedará con una forma en polvo de acetato de calcio al que se puede agregar el etanol lentamente para lograr la viscosidad deseada para frotar las manos. Todavía no se ha determinado la proporción exacta de agente espesante a etanol (o solución, ya que 'etanol' será en realidad una solución de 70-90% de etanol y 10-30% de agua), pero debe hacerse de manera experimental. Además, no está claro si el agente espesante de acetato de calcio dejará o no residuos indeseados en las manos del usuario; esto será investigado durante la prueba de la solución.
Aspectos de ingeniería
Como vemos en el procedimiento, gran parte de la producción se lleva a cabo mediante procesos bioquímicos de fermentación que no pueden ser alterados significativamente, incluso en países desarrollados por ingenieros químicos capacitados. Sin embargo, existen algunas técnicas o trucos que pueden emplearse para minimizar las pérdidas debidas al hardware del sistema y maximizar el rendimiento del producto.
- Asegúrese de que se reduzca el tamaño del material del alimento (cortando, deshilachando, etc.) para disminuir las tasas de reducción de almidones y aumentar la disponibilidad de glucosa para la levadura durante la fermentación.
- Asegurar que el recipiente esté sellado adecuadamente durante la fermentación para evitar que el oxígeno u otros contaminantes ingresen al sistema e introduzcan procesos químicos secundarios y competitivos que consuman el reactivo (glucosa) y no produzcan productos útiles (etanol).
- Recoger adecuadamente el condensado de etanol para asegurar que se pierda nada / poco durante la destilación.
- Controlar la temperatura mediante el control de la fuente de calor, como la relación aire / combustible de una llama abierta.
- Almacenamiento adecuado de componentes inflamables durante la preparación, producción y almacenamiento del desinfectante y sus componentes.
- La reducción de contaminantes para evitar la formación de componentes tóxicos o reacciones secundarias competitivas reduce el rendimiento.
Aspectos Médicos
Si bien el lavado de manos se da esencialmente por sentado en el mundo, es importante tener en cuenta la fuerte evidencia que vincula el lavado de manos con la reducción de bacterias y virus transmitidos. Las siguientes revisiones de instituciones acreditadas discuten los beneficios del lavado de manos en general, así como los beneficios específicos de un desinfectante de manos a base de alcohol sobre las técnicas tradicionales de agua y jabón. Al demostrar la efectividad y considerar las limitaciones que deben cumplirse o superarse para producir soluciones efectivas, las tasas de infección transmitida pueden reducirse en los países en desarrollo como lo han sido en los países desarrollados.
- Mayo Clinic: Higiene de manos: una oportunidad para salvar vidas que se pierde con frecuencia durante la atención al paciente
- Control de infecciones y epidemiología hospitalaria, Chicago Journals: ¿No hay tiempo para lavarse las manos? Lavado de manos versus alcohol: ¿podemos permitirnos el 100% de cumplimiento?
- División de Epidemiología Hospitalaria, Hospitales Universitarios, Basilea, Suiza: ¿Reemplazar el lavado de manos con el uso de un desinfectante para manos con alcohol sin agua?
- Los orígenes del lavado de manos en las instituciones médicas.
Consideraciones Regionales
El proceso se ha desarrollado para considerar los materiales y recursos disponibles localmente, pero asume el acceso a algunos componentes más "avanzados" que pueden necesitar comprarse en los mercados regionales. Se están explorando alternativas a estas, pero se han hecho todos los esfuerzos para desarrollar un proceso simple y sostenible.Dado que las fuentes de alimentos se utilizarán para alimentar el proceso, las regiones que ya sufren de baja disponibilidad de tales recursos pueden optar por no producir tales compuestos, por lo que pueden comprarlos en un mercado según sea necesario. Es interesante observar que en los últimos años, la producción mundial de papa se ha desplazado de la mayoría producida en los países desarrollados a los países en desarrollo.El agente espesante propuesto (acetato de calcio) se seleccionó por dos razones: (1) se puede producir a partir de materiales locales a bajo costo, con poca habilidad y equipo; (2) no tiene el mismo tipo de limitaciones culturales que otro agente espesante común (gelatin). La gelatina está hecha de colágeno derivado de la piel y los huesos de los animales, por lo que varias culturas y grupos religiosos evitan su uso y/o consumo, ya que la fuente se considera sagrada. Este no es el caso con el acetato de calcio, lo que permite una adopción relativamente fácil y generalizada.
Habilidades y Conocimientos
Aunque el procedimiento parece ser complejo, la mayor parte del trabajo en la producción del etanol en particular lo realiza la levadura a través de vías bioquímicas en un proceso conocido como fermentación de etanol. Este complejo proceso implica la conversión de glucosa en piruvato (mediante glucólisis) que luego se convierte anaeróbicamente en etanol y CO2 mediante fermentación.Se debe tener cuidado para aplicar restricciones, y el público (consumidores potenciales) del producto terminado necesita ser educado sobre los peligros de consumir la solución.
Como el metanol también se puede producir durante la fermentación en un proceso competitivo (que consume glucosa, el combustible para el proceso deseado) y se sabe que el consumo de metanol causa ceguera y/o muerte en humanos, su producción debe minimizarse o evitarse. Sin embargo, en la industria de la destilación casera, hay opiniones contradictorias sobre el tema:
- Algunas fuentes afirman que al descartar los primeros 50 ml de un lote de fermentación de 20 L, el metanol se desechará del sistema a medida que se evapora a aproximadamente 64 grados C y el etanol se evapora a 78 grados C. Como el metanol tiene el punto de ebullición más bajo, se evaporará primero durante el calentamiento de la solución. Una vez que el metanol ha sido extraído de la solución, no volverá a entrar en la solución y puede considerarse "eliminado" y eliminar el peligro.
- Mientras que algunas fuentes comentan formas de eliminar el metanol y advierten en gran medida contra su consumo debido a los riesgos para la salud asociados con él, otras argumentan que solo se producen cantidades muy pequeñas de metanol (también conocido como alcohol de madera) a partir de la fermentación y que de hecho pueden ser descuidado o ignorado, y que en lugar de causar ceguera o muerte, puede ser la raíz de la resaca resultante del consumo de alcohol.
En opinión del autor original de este artículo, sería mejor errar por precaución y descartar la primera porción de condensado recolectado durante el paso de destilación para reducir el riesgo de incurrir en los efectos de salud conocidos por acompañar la ingestión o absorción de metanol a través de la piel.
Errores y Medidas de Precaución
- Envenenamiento por alcohol: debido al contenido relativamente alto de alcohol en algunos desinfectantes para manos disponibles en el mercado, se han publicado informes de niños pequeños que se intoxican y corren el riesgo de intoxicación por alcohol después de ingerir el líquido desinfectante. Este hecho, combinado con el riesgo de intoxicación por metanol, contribuye al hecho de que el consumo de la solución debe ser fuertemente desaconsejado debido a consideraciones de seguridad.
- Envenenamiento por CO2: la fermentación es el proceso bioquímico por el cual la glucosa (azúcar) se convierte en etanol con un biproducto conocido que es el dióxido de carbono (CO2). Como tal, se debe tener cuidado para ventilar adecuadamente el espacio donde tendrá lugar la fermentación a pesar del proceso que se lleva a cabo en contenedores sellados. Incluso las pequeñas fugas de CO2 pueden tener efectos negativos en la salud y el bienestar humanos, incluida la somnolencia y la muerte.
- Envenenamiento por metanol: el metanol también puede producirse por reacciones secundarias y debe extraerse. Se deben realizar pruebas e intentos de prueba para determinar las cantidades relativas de etanol y metanol producidas por la reacción, y se deben explorar los métodos para extraer el metanol de la solución. Cuando se consume, el metanol puede conducir a la ceguera o la muerte, pero también puede ser absorbido a través de la piel en bajas concentraciones y puede tener efectos negativos en la salud humana.
- Inflamabilidad: debido al alto contenido de etanol del producto y algunos de los pasos intermedios del proceso, se debe tener cuidado de no exponer ningún producto que contenga etanol a una llama directa, ya que es extremadamente inflamable, especialmente en su estado puro. Deben usarse recipientes a prueba de fugas y derrames para reducir este riesgo.
- Riesgo de quemaduras: dado que el proceso de extracción de etanol (destilación) se realiza sobre una fuente de calor como es el fuego, se debe tener cuidado con los elementos calientes de dicho sistema. Los contenedores también se calentarán hasta 70-80 grados C durante el proceso, permitiendo el requisito de algún tipo de guante, honda o rejilla para eliminar los contenedores calientes de la fuente de calor. Dado que la forma de dichos recipientes variará en función de los recursos locales y la disponibilidad, no se puede proponer una solución única, sin embargo, la solución implementada debe ser reutilizable, fuerte (capaz de mantener el recipiente lleno de puré de papa fermentado y caliente) y ser utilizado por uno o dos operadores dependiendo del tamaño, forma y peso del contenedor.
- Reutilización y efectividad de la levadura: las levaduras son organismos relativamente resistentes y muchos operan de manera más eficiente a rangos de temperatura aproximados de 20 grados C a 40 grados C. Calentarlos por encima de esta temperatura puede matar a los organismos, mientras que el almacenamiento por debajo de esta temperatura los hará esencialmente inactivos ya que 'hibernan'. Durante la hibernación, la levadura aún requiere una fuente de alimento (glucosa), pero la consumirá mucho más lentamente y su efectividad disminuirá con el tiempo. El almacenamiento de los suministros de levadura debe hacerse en un ambiente refrigerado si es posible, y si no, la levadura debe recibir una fuente de alimentos frescos (como en el Paso 3) para que permanezcan activos y se alimenten lo suficiente como para mantener vida y reponerse.